文档介绍：浙江大学
博士学位论文
空间展开桁架结构设计理论与热控制研究
姓名:杨玉龙
申请学位级别:博士
专业:结构工程
指导教师:关富玲
20070101
空间展开桁架结构设计理论与热控制研究要摘空间结构越来越向大型化发展,故展开结构具有广泛的优势。对于展开结构,结构设计和热控制研究是两个基本内容。结构设计主要进行展开性能分析和实体模型设计,热控制研究是为了研究展开结构在轨中的热特性,以进行被动热设计和热控制。本文在大量学者研究的基础上,对结构设计采用阶段设计理论,对热控制研究从热传导方程和热弹性力学方程入手,利用热静力学和非耦合动力学理论,以桁架抛物面展开天线结构为基本模型,采用热有限元法,对其结构设计、温度场、位移场以及热致振动进行分析。主要研究成果如下:为保证展开过程的有效性,在引入展开结构三阶段设计方法的基础上,提出了各阶段需要完成的目标参数和分析模型以及相应的理论进行验证。拍钌杓平锥蔚闹饕H挝袷谴概念上选择合适的展开折叠模式,完成的目标参数主要是可展性和可折叠性,研究模型为拓扑模型,,实现展开方案的实物模型化,完成的主要目标参数是杆件和结点协调性,防止实际展开过程中出现偏位和卡死的现象,研究模型为实体模型,采用多体动力学进行理论分析研究。呕锥蔚闹饕H挝袷嵌孕拚蟮哪P徒杏呕瓿傻哪勘瓴问歉髦实际目标参数,采用优化理论进行优化分析,实际目标参数作为优化设计的约束函数。结合设计方法,对空间望远镜调焦机构、伸展臂和桁架式可展抛物面天线进行分析。利用热静力学理论,采用热有限元法,编制温度场计算程序,并推导了背架结构所引起的单元遮挡阴影面积。以桁架式展开天线为研究对象,分析背架热控涂层、背架材料以及热控涂层退化的影响等对桁架式展开天线的温度场和热变形的影响,对桁架式展开天线的总体热特性进行研究。提出桁架式展开天线被动熟设计基本原则:捎谔煜吒鞑糠治露确植极不均匀,引入极值温度区域指标,根据各构件的工作温度要求,确定设计极值温度区域,同时考虑热控涂层退化引起极值温度区域升高的影响,并且尽可能的选用高辐射率的热控涂层。萑瓤赝坎阄章史渎时扔爰滴露惹虻亩杂π裕≡窕镜娜瓤赝坎恪背架的材料特性对反射面极值温度影响不大,背架材料初始设计可单独进行,并且尽可能选择低热胀系数的材料。申请浙江大学博士学位论文
为判断瞬态温度场有限元方程窍咝晕⒎址匠解的准确性,结合空间展开结构的特点,,推导了热致振动中由瞬态温度场引起的热荷载形式,将瞬态温度场以多点激励的方式施加于空间展开结构模型,:岬愕淖=俏灰迫戎抡穸绕蕉灰泼飨裕呈现与结构低阶自由振型相似的特点。峁刮锢硖匦圆槐洌谋浣峁沟脑际绞剑梢关键词:展开结构;桁架式展开天线;结构设计;热静力学;热设计:热致振动;温度场;热变形位移场调整热致振动现象。申请浙江大学博士学位论文空间展开桁架结构设计理论与热控制研究
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第一章绪论空间展开结构可展结构是一种奇特的结构,它实质上是机构和结构的混合体。在各种驱动力或驱动装置的作用下,它可以从一种状态变化到另外一种状态,而在任何一种工作状态下,即由机构锁定或刚化成为结构,承受各种使用荷载作用。经过三、四十年的发展,可展结构在航空航天领域和民用建筑中都有迅速的发展。在航空航天领域,美国航空航天局宇航局、欧空局、日本宇宙科学研究所詎、日本宇宙事业开发团投入使用舜Φ目占涫侵赶喽源笃阃獾耐馓ǹ。在民用建筑中,提出了折叠网架的概念,而后许多学者¨哉箍=峁菇辛肆ρХ治觯⒘讼嘤Φ睦砺体系和建模方法,并应用到实际工程中。空间展开结构处于外太空时,整个结构暴露于恶劣的热环境中一高真空、微重力、深冷空间和接受太阳、地球等空间热辐射,此时在空间展开结构中形成不均匀的温度场和热变形,同时,随着飞行器在轨飞行时,空间展开结构的轨道位置、空间姿态均在不断发生变化,接受的空间热流也在发生变化,此时空间展开结构中将产生瞬间变化的瞬态温度场,从而有可能引起结构发生热一结构响应,这些均属于空间展开结构热控问题范畴,必须认真加以研究空间展开结构经过三、四十年的发展,形式多样,有多种不同的分类方式,如果从结构的展开方向分类,展开结构分类可分为【羽:晃箍=峁梗缟煺贡等,展开结构,如太阳能电池阵辧龋维展开结构,如展开天线取U开天线的展开和折叠相对比较复杂,根据使用要